均匀气流中液滴的袋膜破碎

我们提出了研究液体液滴袋状破碎的新型数值模拟。我们首先考察了袋状破碎发生前黏性对液滴变形的影响，并与理论和实验进行比较。随后，后期形成的袋膜在数值模拟中易出现伪网格诱导破碎，这阻碍了先前研究获得碎片统计的网格收敛。因此我们采用流形穿孔（MD）算法，该算法在薄膜达到与网格尺寸无关的指定临界厚度时人为穿孔，由数值参数 $L_{\rm sig}$ 控制。我们展示了使用MD算法时碎片统计的网格收敛，并分析了碎片行为及袋膜解体机制，包括细丝破碎、节点脱离与边缘失稳。我们对临界厚度参数 $L_{\rm sig}$ 的选择受数值限制，因而未能与实验或理论匹配；相应地，当前模拟给出的袋膜临界穿孔厚度大于实验观测值。MD算法配置对袋状破碎现象及统计的影响将在未来工作中研究。我们还研究了中等液体奥内佐格数（$0.005 \leq Oh \leq 0.05$）对袋状破碎过程及碎片统计的影响，发现袋膜碎片平均直径对 $Oh$ 存在非单调依赖关系。这些结果凸显了MD算法在涉及拓扑变化的多相流模拟中的效用，并为基于物理的海气界面飞沫生成数值研究铺平了道路。